功的原理

 

【目的和要求】

　　实验研究使用简单机械时省力而不能省功，费力而没有费功，得出使用简单机械所做的功等于直接用手做的功的结论。

【仪器和器材】

　　方座支架（J1102型，带铁夹子），小轴（圆棒或铁钉），均匀杠杆，测力计2个（J2104型，1牛，5牛），刻度尺，钩码（J2106型，50克3个），槽码3个，斜面小车（J2108型），动滑轮。

【实验方法】

　　一、使用杠杆做功

　　1．实验装置如图1．29－1所示，在支架上安装一个小轴。用测力计测量出杠杆重。

　　将均匀杠杆一端的圆孔套在轴上，在杠杆的中点B处用细绳悬挂一个50克的钩码，杠杆的另一端C拴根细绳，用测力计钩住。提起测力计，使杠杆保持水平。观察测力计的读数，并记下。

　　2．手拿测力计将杠杆由水平位置匀速提到某一高度，并记下此位置，用刻度尺测量出B点被提起的高度h和C点被提起的高度h’（=2h），它们分别是重物移动的距离和外力移动的距离，记下这些数据，并计算后得出结论：直接用手做的功和使用杠杆所做的功是相等的；利用杠杆虽然省力，但却移动了更长的距离，结果并没有省功。

　　3．将测力计改钩在杠杆的中点B处，钩码吊在杠杆一端C处，读出测力计的示数，提起测力计，使杠杆也被提到与上面相同的位置。计算这时直接用手所做的功与使用杠杆所做的功。发现这时虽然费了力，但节省了移动的距离，费力并没有费功。

　　二、使用斜面做功

　　1．将斜面与支架装配成图1．29－2的装置，测出斜面与支架连接处的竖直高度h，用测力计测出小车重G。

　　2．将小车放在斜面的底端，用测力计挂钩拉住小车，沿斜面匀速拉动；观察测力计上读数（即拉力）F，再测出斜面底端到连接处长度。

　　3．改变斜面长度L和竖直高度h,在小车上加槽码改变小车重，重复上述步骤，并记录下每次的实验数据，填入表1．29－1。

实验次数	小车重G（牛）	竖直高度h(米)	直接用手做功（焦）	拉力F（牛）	斜面长L(米)	使用斜面做功（焦）	结论
1
2
3

　　计算直接用手做的功和使用斜面做的功，研究是否省了功？

　　三、使用动滑轮做功

　　1．用测力计测出动滑轮重。

　　2．实验装置如图l．29－3所示。首先记下钩码原先的位置和测力计挂钩原先的位置，并记下测力计的读数。

　　3．提起测力计（匀速向上提起），用刻度尺测至钩码和测力计提起的高度h和S。

　　4．增加钩码的数量，重做上述实验，计算出做功的情况，分析是否省了功，为什么？

【注意事项】

　　1．在杠杆的圆孔轴和动滑轮的轴应加注润滑油，以减小阻力提高实验效果。

　　2．斜面底端应与桌面全部接触，否则拉小车时会左右倾斜，影响实验效果。

【思考题】

　　1．利用杠杆做功的实验中，假如钩码不是拴挂在杠杆的中点，这时实验结果会怎样？

　　2．图1．29－4是模拟桔槔的实验。做一下这个实验，分析怎样选择AB的长度、支点O的位置和配重B的大小？

　　提示：实际问题中h₂的高度（绳长或最大水深）是一定的，需要合理选择AB的长度和支点O的位置，又由于人们提起水桶的力量有限（比如100牛顿），也需要合理选择配重B的大小及支点O的位置。